【操作系统和计网从入门到深入】（二）进程

news2024/12/22 18:23:09

前言

在这里插入图片描述
这个专栏其实是博主在复习操作系统和计算机网络时候的笔记，所以如果是博主比较熟悉的知识点，博主可能就直接跳过了，但是所有重要的知识点，在这个专栏里面都会提到！而且我也一定会保证这个专栏知识点的完整性，大家可以放心订阅～

进程相关概念

文章目录

前言
进程相关概念
- 1. 基本理念
- 2. 进程的描述
- - 2.1 为什么需要pcb
  - 2.2 什么是pcb
- 3. 查看进程
- 4. 在程序中pid
- 5. 父进程是什么
- 6. 创建子进程
- - - 创建进程的时候，OS要干嘛？
    - cpu的运行队列 run_queue
- 7. 进程状态
- 8. 状态优先级
- 9. 环境变量
- 10. 地址空间
- - 10.1 什么是地址空间
  - 10.2 地址空间是如何设计的
  - 10.3 扩展内容（比较难理解）
  - 10.4 为什么要有地址空间的三个理由
  - - 10.4.1 理由一
    - 10.4.2 理由二
    - 10.4.3 理由三
  - 10.5 重新理解挂起

1. 基本理念

重要理论：先组织再描述：struct结构体

在操作系统内部，一定存在大量的数据结构和算法

2. 进程的描述

2.1 为什么需要pcb

为了描述每一个进程，Linux内核会给每一个进程创建一个结构体：PCB

PCB结构体包含了该进程的属性！

struct PCB
{
  	// 属性数据，进程全部的属性数据，如pid
  	// ... 
  	struct PCB* next;
    struct PCB* prev;
};

对进程的管理，变成了对进程PCB结构体链表的增删查改！

什么是进程：进程=对应的代码数据+进程对应的PCB结构体

2.2 什么是pcb

在linux中，叫task_struct

里面会有这些内容。

是一个双链表！

3. 查看进程

表头也可以带上

ps axj | head -1 && ps axj | grep myproc

top命令也可以查看进程

Linux系统下存在一个目录记录进程的信息。

/proc # 这个目录下都是进程的信息

在这个目录下，都是进程的属性。

我们可以看下里面的信息。

事实上，/proc目录是动态的，多一个进程就会多一个目录，少一个进程就会少一个目录。

4. 在程序中pid

在程序中如何获得pid呢？

getpid() // 这是我们人生中第一个系统调用接口

5. 父进程是什么

ps axj 一下，发现父进程是bash

bash是shell命令行外壳程序

很熟悉了这些。

6. 创建子进程

fork

fork()

返回值：

fork失败，返回-1
fork成功：给父进程返回子进程的pid，给子进程返回0

为什么会有两个返回值呢？不是只能返回一个吗？后面再说。

我们简单写一个代码。

第二个为什么被执行了两次？

因为不加判断，父进程和子进程都会执行。

复习到后面就会知道，创建子进程的时候，这份代码是被复制了的！

所以第二句打印语句，父子进程共享。

我们加上一个判断，就能把子进程和父进程分开来！

创建进程的时候，OS要干嘛？

本质，创建一个新的task_struct，然后这里里面的字段，有一些是复制父进程的，有一些事自己的。

cpu的运行队列 run_queue

进程调度本质上就是调度程序，在run_queue里面挑选一个task_struct来执行！

但是这个运行队列也不是按一般顺序的，这个是调度程序决定的！

7. 进程状态

具体可以看博客。

进程状态｜操作系统｜什么是pcb｜什么是僵尸进程｜什么是孤儿进程【超详细的图文解释】【Linux OS】_pcb结构体-CSDN博客

后台运行一个进程

./test &

8. 状态优先级

状态优先级 = 老的优先级 + nice值

PRI就是优先级，越小越先执行

NI就是nice值

9. 环境变量

比较熟了，不再赘述。

要改可以用export

但是要记得把之前的带上

注意，环境变量的组织方式是一个字符指针数组！

可以用程序打印所有环境变量。

第一种获取方式：

第二种获取方式：

略。不常用，其实第一种也不常用，第三种才常用。

main函数的第三个参数，也就是环境变量参数，是从哪里来的？

一般都是父进程中继承下来的

10. 地址空间

10.1 什么是地址空间

我们在所有的语言里面提到的地址的概念，本质上都是一个虚拟地址，而不是物理地址。

页表映射，现在只知道大概，不知道细节，所以这一节简单复习一下。

这个结构是可以用代码进行验证的。

// 验证地址空间的栈结构
int g_unval;     // 未初始化的全局变量
int g_val = 100; // 已经初始化的全局变量
int main(int argc, char *argv[], char *env[])
{
    printf("code addr: %p\n", main);              // 代码块位置
    printf("init global addr: %p\n", &g_val);     // 初始化全局变量
    printf("uninit global addr: %p\n", &g_unval); // 未初始化全局变量

    char *heap_memory = (char *)malloc(10);
    printf("heap addr: %p\n", heap_memory); // 堆上的空间

    printf("stack addr: %p\n", &heap_memory); // 栈上的空间

    for (int i = 0; i < argc; i++)
    {
        printf("argv[%d]: %p\n", i, argv[i]);
    }
    for (int i = 0; env[i]; i++)
    {
        printf("env[%d]: %p\n", i, env[i]);
    }
    return 0;
}

10.2 地址空间是如何设计的

其实就是给各个进程画饼。

先描述后组织！

如果我们可以直接访问物理内存的话，其实是特别不安全的。

所以我们构建了映射机制。

如何理解地址的划分？ — 其实就是一个简单的struct结构体就行了。

struct myroom
{
  	int __start;
  	int __end;
};

其实地址空间的各个区域，也是通过这个方式进行划分的。

struct addr_room {
    int code_start; int code_end;
    int init_start; int init_end;
    int uninit_start; int uninit_end;
    int heap_start; int heap_end; 
    //...其他属性
}